專利名稱：可變塊匹配運動估算裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用在圖象信號編碼系統中的一種運動估算裝置；更具體地，涉及根據一種塊匹配算法檢測一個可變塊的運動矢量的一種運動估算裝置。
當用數字形式表示包含一序列圖象“幀”的一個圖象信號時，要生成可觀數量的數據需要傳輸，尤其是在高清晰度電視系統的情況中。然而，由于一條傳統的傳輸信道的可利用的頻帶寬度是有限的，為了通過該有限的頻帶寬度發送這些可觀數量的數字數據，不可避免地要壓縮或減少傳輸的數據量。在各種視頻壓縮技術中，一種將兩個鄰接的視頻幀之間的視頻信號的時間冗余用于信號壓縮的運動補償幀間編碼技術是已知的有效壓縮技術之一。
在運動補償幀間編碼方案中，當前幀數據是根據當前與前面幀間的運動的一種估算從前面幀數據中預測的。這種估算的運動可用表示前面與當前幀之間的象素的位移的二維運動矢量來描述。
本技術中提出過的運動矢量估算方案之一為塊匹配算法。按照塊匹配算法，將一個當前幀分成多個大小相等的搜索塊。一個搜索塊的大小通常在8×8與32×32個象素之間的范圍內。為了確定來自當前幀的一個給定的搜索塊的位移，在當前幀的搜索塊與包含在前一幀內的一個通常較大的搜索區中多個大小相等的候選塊中的每一個之間執行相似性計算。在進行相似性測定中，有許多誤差函數可供利用，諸如MSE(均方誤差)或MAE(平均絕對誤差)。
按照定義，一個運動矢量表示搜索塊與得出一個最小誤差函數值的候選塊之間的位移。然后在接收機中利用該運動矢量從前一幀中在逐塊的基礎上重構一個畫面。
在這種逐塊基礎上的運動估算中，利用大小相等的搜索塊是合意或方便的。有時，在當前幀中的若干相鄰的塊上可能有一個沒有任何邊線的一個目標的平滑的畫面模式或者其中只有輕微的邊線。在前一情況中，塊匹配運動估算可能為各塊得出互相不同的運動矢量；而在后情況中，可能生成一個與沒有邊線的平滑畫面模式的一運動矢量相同的運動矢量。
因此，本發明的一個主要目的為提供一種通過利用一種可變的塊能夠精確地檢測出一個運動矢量的改進的運動估算裝置。
按照本發明，提供了利用一種塊匹配運動估算方法檢測視頻信號的當前幀與前一幀之間的運動矢量的一種裝置，其中的當前幀是分成若干大小相等的搜索塊的，而前一幀則是分成對應數目的搜索區的，每一個搜索區具有多個所述相等大小的候選塊，該裝置包括一個可變塊形成部分，用于從當前塊中定義一個可變搜索塊，所述可變搜索塊是從當前幀中沒有目標邊線的一個平滑畫面塊的選中的搜索塊擴展而成的；以及一個運動估算部分，用于相對于各候選塊估算該可變搜索塊的運動以提供與之對應的一個運動矢量及一個誤差函數，所述運動矢量表示該搜索塊與得出最小誤差函數值的一個候選塊之間的象素的位移。
從以下結合附圖給出的較佳實施例的描述中，本發明的上述及其它目的與特征將是顯而易見的，附圖中
圖1示出用于按照本發明的一種運動估算系統中的可變塊運動矢量測定裝置的示意性方框圖；圖2示出圖1中所示的可變塊形成部分的詳細方框圖；以及圖3A與3B表示說明在象素基礎上擴展一個可變塊的示例性圖。
參見圖1，其中示出了包含在一種運動估算方案中的一種可變塊運動矢量測定裝置的一個較佳實施例，該方案利用接連的幀，即當前幀與其鄰接幀即前一幀，之間的冗余性來實現明顯的數據壓縮。這便是說，在當前幀與前一幀之間可能存在著由一個目標的位移或運動引發的差別；然而，這種差別可以局限在一個幀內的一個相對地小的區域中。因此，沒有必要將當前幀的全部圖象數據發送給一臺接收機(未示出)。反之，只要發送位移信息即運動矢量便足夠了。然后，接收機從其圖象數據存儲在該接收機內的一個幀存儲器中的前一幀中，利用這些運動矢量重構當前幀。
當前幀信號是通過一條線路12提供給可變塊形成部分100的。方差檢測部分100用于將當前幀分成若干大小相等的待用于在一個序列中進行塊匹配的搜索塊。在圖3中，總體上作為一個參照數字200描繪的當前幀示出為具有諸如20個分開的搜索塊S1至S20，各塊包含H×V個象素。為了說明，當前幀200中的每一塊象素的H與V兩者都是相等的數目16。再者，可變塊形成部分100順序地選擇表示當前幀內不包含目標邊線的一個平滑的畫面塊的一個搜索塊，并在逐個象素的基礎上擴充所選擇的搜索塊直到搜索塊的邊界包含一條邊線為止。從圖3B中可見，當順序選擇了諸如S7與S14這兩個搜索塊時，便將搜索塊S7與S14分別擴展到包含目標202與204的一個邊線部分的邊界E7與E14為止。
將各擴展的象素塊順序地提供給若干塊匹配部分41至49。按照本發明，可為擴展的塊計算一個方差(variance)來檢測是否包含一條邊線，這一點將在下面參照圖3進一步描述。
圖2示出可變塊形成部分100的詳細方框圖。為了選擇一個表示平滑畫面的搜索塊，可變塊形成部分100通過一系列塊形成階段(其中只示例性地示出了它們中的三個111、112與119)將線路12上的當前幀分成若干搜索塊，如圖3A中所示。在各塊形成階段111、112與119中，一個搜索塊在其水平與垂直方向上從步驟1至n每步一個象素地遞增擴展。更具體地，第一塊形成階段111生成H×V個象素模式的搜索塊；第二塊形成階段112將該搜索塊擴展成(H＋1)×(V＋1)個象素的模式；而最后一個塊形成階段119生成(H＋n)×(V＋n)個象素模式的搜索塊。由塊形成階段111至119生成與擴展的搜索塊被饋送給一個可變塊選擇器160及一系列方差檢測器121至129，它們分別計算這些搜索塊的方差以檢測其中是否存在邊線。方差檢測器121至129所計算的各方差的定義如下var(i,j)=1EH×EVΣi=1EHΣj=1EV(I(i,j)-mean)2]]>其中var(i，j)表示搜索塊中坐標(i，j)上的一個象素的方差；EH×EV為一個擴展塊的大小；I(i，j)為擴展塊中坐標(i，j)上的一個象素的亮度級；而mean則表示擴展塊中的象素的平均亮度級。
平均亮度級的定義如下mean=1EH×EVΣi=1EHΣj=1EVI(i,j)]]>將計算出的全部方差作用在一個方差選擇器150上。方差選擇器150將這些方差與一個預定的閾值進行比較。按照本發明，該預定的閾值是選定為具有大于且最接近于表示平滑畫面的搜索塊的方差的一個值的。從而，方差選擇器150選擇一個滿足該閾值的方差，并生成一個指示該選擇的方差的選擇信號到可變塊選擇器160。具有一個傳統的多路復用器的可變塊選擇器160響應這一選擇信號，選擇與所選定的方差對應的搜索塊。然后，將來自可變塊選擇器160的搜索塊提供給塊匹配部分41至49，如圖1中所示。
參見圖1，此時，通過一條線路13將存儲在一個存儲器(未示出)中的前一幀饋送給一個搜索區形成部分10。該搜索區形成部分10以相同的大小、形狀與搜索模式定義一個前一幀中的通常較大的搜索區，借此進行搜索或比較。
在搜索區形成部分10中確定了搜索區之后，還將搜索區數據作用在對應數目的候選塊形成部分上，圖1中只示例性地示出了其中的三個21、22與29。在各候選塊形成部分中，當搜索塊自最左上位置的搜索區每次水平地移動一個象素位置，然后垂直向下通過搜索區每次移動一條掃描線，直到最終到達該搜索區內最右下位置為止時，便從該搜索區中生成了一塊候選象素。在該確定的搜索區內便形成了具有H×V個象素大小的所有可能的候選塊。然后推算出對應于由可變塊形成部分100提供的搜索塊的位置的各候選塊的相對位移，并隨后通過線路31至39作為該候選塊的一個運動矢量提供給一個多路復用器60。
還將各候選塊的象素數據從各該候選塊形成部分21至29提供給各塊匹配部分41至49。在各該塊匹配部分41至49中，計算來自可變塊形成部分100的搜索塊與來自各該候選塊形成部分21至29的候選塊之間的誤差函數。傳統地，執行搜索塊與候選塊的對應象素之間的亮度級或光強度的比較，以得出該候選塊的誤差函數。該誤差函數表示搜索塊與選擇的候選塊之間的相似程度。
將來自塊匹配部分41至49的所有誤差函數作用在一個最小誤差檢測器50上。該最小誤差檢測器50比較這些誤差函數，從中選擇一個具有最小誤差的誤差函數。
最小誤差檢測器50輸出一個指示與該最小誤差函數對應的塊的選擇信號到運動矢量選擇器60。具有一個傳統的多路復用器的運動矢量選擇器60選擇與最小誤差函數對應的候選塊的位移矢量。如上所述，如果一個候選塊具有最小的誤差函數，該候選塊便是最相似于搜索塊的；結果，便選擇該候選塊的位移矢量作為運動矢量。
就此而論，將在一臺發送機及一臺接收機中執行的運動補償是相對于該搜索塊而不是擴展塊達到的，后者的主要目的為用來精確地測定一個搜索塊與一個候選塊之間的一個運動位移。
再者，雖然由于這是在本技術中顯而易見的而未示出或說明，應能注意到，有關一個擴展塊的范圍的信息是提供給候選塊形成部分的。
雖然本發明是參照特定的實施例展示與描述的，熟悉本技術的人員將會理解，可以在不脫離所附權利要求書中所定義的本發明的精神與范圍的條件下，作出許多的改變與修正。
權利要求
1.一種利用塊匹配運動估算法檢測視頻信號中的一個當前幀與前一幀之間的運動矢量的裝置，其中該當前幀是分成大小相等的若干搜索塊的，而前一幀是分成對應數目的搜索區的，各搜索區具有多個所述相等大小的候選塊，該裝置包括用于擴展當前幀內的沒有目標邊線的一個平滑畫面塊的搜索塊的裝置；以及用于估算擴展的搜索塊相對于各候選塊的運動以提供與之對應的一個運動矢量與一個誤差函數的裝置，所述運動矢量表示該搜索塊與一個候選塊之間的象素產生最小誤差的位移。
2.權利要求1的裝置，其中所述搜索塊擴展裝置包括用于在逐個象素的基礎上在水平與垂直方向上擴展搜索塊直到該搜索塊的邊界包含一條邊線為止，借此生成一個擴展的搜索塊的裝置；用于推算該擴展的塊的方差以檢測其中存在一條邊線的裝置；用于將各方差與一個預定的閾值進行比較以選擇一個小于該預定的閾值的方差的裝置，其中該預定的閾值是選擇為具有一個高于并最接近于該搜索塊的方差的；以及響應方差的選擇，用于選擇一個與之對應的可變擴展塊并將其提供給該運動估算裝置的裝置。
3.權利要求1的裝置，其中的方差的定義如下(i,j)=1EH×EVΣi=1RHΣj=1EV(I(i,j)-mean)2]]>其中Var(i，j)表示一個搜索塊中的坐標(i，j)上的一個象素的方差；EH×EV為一個擴展塊的大小；I(i，j)為該擴展塊中象素坐標(i，j)上的亮度級；而mean則表示該擴展塊中的象素的平均亮度級。
4.權利要求3的裝置，其中該平均亮度級的定義如下mean=1EH×EVΣi=1EHΣj=1EVI(i,j)]]>
全文摘要
一種根據塊匹配運動估算法檢測視頻信號中的一個當前幀與前一幀之間的運動矢量的裝置，包括一個可變塊形成部分，用于從當前幀中定義一個可變搜索塊，所述可變搜索塊是從當前幀內沒有目標邊線的平滑畫面塊的一個選擇的搜索塊擴展的；以及一個運動估算部分，用于估算該可變搜索塊相對于包含在前一幀中的各候選塊的運動，以提供與之對應的若干運動矢量及誤差函數，所述運動矢量表示搜索塊與得出最小誤差函數的一個候選塊之間的象素的位移。
文檔編號H04N7/32GK1127971SQ9510168
公開日1996年7月31日 申請日期1995年1月27日 優先權日1995年1月27日
發明者丁海默 申請人:大宇電子株式會社